JP3701163B2 - 動画表示特性の評価装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は表示装置の評価装置に関するものであり、特に、表示装置の動画表示特性の評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示装置として、ＬＣＤやＰＤＰなどが普及するにしたがって、これらの表示装置の動画表示特性が従来のＣＲＴを用いた表示装置と異なる事が明らかになってきた。これは、従来のＣＲＴがインパルス型表示装置であるのに対して、ＬＣＤやＰＤＰがホールド型表示装置である事に起因している。
【０００３】
このようなインパルス型表示装置とホールド型表示装置の動画表示特性や、その動画表示特性を評価する方法については、例えば、信学技報、EID96-4,pp.19-26(1996-06)に詳しく掲載されている。これによると、動画表示特性を人間の主観的判断による官能検査により評価し、動画表示特性を５段階で評価する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような人間の官能検査を用いた評価では、５段階評価しかできないため、微妙な評価や客観的評価ができず、動画質向上のための数値目標などが決定できなかった。また、測定環境の厳密な整備や、被験者の人数を多く集めなければならない等、費用、時間などが多くかかっていた。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、数値目標による管理が容易な動画表示特性の評価装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、
動画像を表示する表示装置の動画表示特性を評価する装置であって、
評価対象となる前記表示装置の動画像を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で撮影した静止画像を時系列的に取り込み、取り込んだ複数の時系列静止画像を空間的にずらしながら重ねあわせて合成し、該合成した画像を画像処理する画像処理手段とを備え、
前記画像処理手段は、前記合成した画像の情報を用いて、前記評価対象となる動画表示特性に対応する物理量を数値化して評価を実施すること
を特徴とする動画表示特性の評価装置が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による動画表示特性評価装置は、その一実施形態において、ランダムトリガ動作が可能なシャッタ機能付き撮影素子（ＣＣＤ）と、撮影素子（ＣＣＤ）で撮影した画像を取り込み、取り込んだ複数の画像をずらしながら重ねあわせ、合成した画像を画像処理する画像処理コントローラと、動画質評価用画像を表示している測定対象の表示装置の表示制御信号を入力とし、撮影素子（ＣＣＤ）のトリガ入力にトリガ出力を出力するトリガ出力回路とで構成されており、評価対象の表示装置に表示した動画像を、前記撮影素子により撮影し、前記画像処理コントローラでずらしながら重ねあわせて合成した画像及び、その断面プロット形を評価数値とする様に構成されている。
【０００８】
本発明によれば、測定環境を厳密に整備する必要や、被験者を多く集める必要が無いために、測定のための費用や時間が短く、また、官能評価による５段階評価以上の高精度で客観性の高い数値評価が可能となる。
【０００９】
以下、本実施形態の動画表示特性装置をより具体的に説明する。
【００１０】
図１に本実施形態における動画表示特性の評価装置のブロック図を示す。本動画表示特性評価装置は、動画像信号発生回路１００と、ＣＣＤ１２０と、コントローラ２００とを備えて構成されている。
【００１１】
動画像信号発生回路１００は測定対象の表示装置１１０に測定用動画像の画像信号及び制御信号を供給すると共に、その回路内の撮影用トリガ発生回路１０４で測定タイミングに合わせた撮影トリガを発生させ、ＣＣＤ１２０に供給している。
【００１２】
ＣＣＤ１２０は供給された撮影トリガにより、動画像表示している表示装置１１０の表示領域の全部もしくは一部を撮影し、撮影した画像データをコントローラ２００に逐次転送する。
【００１３】
コントローラ２００は、例えばＣＰＵ、メモリおよび入出力手段を備えた周知のコンピュータシステムにおいて、以下に説明するような処理に対応するプログラムを実行させることにより実現する。
【００１４】
コントローラ２００ではまず、ＣＣＤ１２０から転送された画像データを時系列静止画として保存する（時系列静止画保存ブロック２１０）。ここで、各矩形領域２１０１はそれぞれ１つの静止画を例示している。取得すべき静止画としては、表示装置の全表示領域に示された画像である必要はなく、動画像の少なくとも一部を表示しているものであれば、表示領域中の一部領域に示された画像であっても良い。
【００１５】
次に、保存された一連の時系列静止画を動画像の移動方向、移動量に同調するよう、空間的にずらしながら合成し、合成画像２２０１を作成する（時系列静止画ずらし合成ブロック２２０）。合成画像２２０１の輝度分布は、図中に示した動画像の移動速度に対応した矢印２１０２に沿って、各静止画の対応する領域の画素値を加えていくことで求められる。詳細については具体例を挙げて後述する。
【００１６】
このようにして得られた合成画像は人間が動画像を追従しながら目視し、認識している画像とほぼ等しくなるよう生成されている。本実施形態では、この合成画像の断面プロファイルや輝度情報から動画表示特性としての数値を解析して求めている（数値解析ブロック２３０）。
【００１７】
さらに、詳細を説明するために動画像信号発生回路１００のブロック図を図２に示す。動画像信号発生回路１００では、測定対象の表示装置１１０の解像度や周波数特性にあわせて、ドットクロック周波数や解像度を設定して、ドットクロック発生回路１０１や制御信号発生回路１０２からドットクロックや水平同期、垂直同期信号などを発生させる。次にこれらの制御信号を用いて測定用の動画像信号を動画像信号発生回路１０３で発生させる。
【００１８】
本実施形態では測定用の動画像として、一定速度で横スクロールする３つのパターンを用意した。これを図３に示す。
【００１９】
パターン（１）は背景階調内に一定の塗りつぶし階調でべた塗りした縦バーである。背景階調に対してバーが横方向にスクロールし、片方の短部に到達すると他端からスクロールを再開するようになっている。図３では背景階調が白で、塗りつぶし階調が黒になっているが、背景階調や塗りつぶし階調、バーの横幅やスクロールの移動速度などは測定画像パラメータとして変更可能である。特に、移動速度は重要なパラメータで、本実施形態では１書き換え周期あたりの移動画素数（ppf：Pixel Per Frame）で定義した。
【００２０】
次に、パターン（２）はパターン（１）の塗りつぶし部分が１周期の波（孤立波）状に連続的に変化しているものである。図３では背景階調が白で波の中心が黒となっている。背景階調や波の位相、幅、スクロール速度などが同じく変更可能である。
【００２１】
最後に、パターン（３）はパターン（２）の１周期の波が連続的になり、背景が無くなったものである。
【００２２】
なお、本発明で使用するパターンは上記パターンに限定されるものではなく、評価の対象となる表示特性に応じて、パターンの形状、輝度、色、階調、移動方向、移動速度等を設定する構成としても良い。
【００２３】
本実施形態の評価装置においては、上記のような３種類のパターンのいずれかを動画（スクロール）表示するわけであるが、これらのスクロール表示を人間が目視した場合、人間の目はスクロールに合わせて追従しながら表示を観ている。この場合、人間が認識する画像とは、スクロールにあわせて移動しながら（場所をずらしながら）輝度を時間積分した結果の画像である。
【００２４】
すなわち、この人間の目によって知覚された画像を再現するためには、表示装置が表示している画像を連続して撮影し、スクロール方向にずらしながら合成すればよい。この時の撮影の周期（サンプリング周期）は少なくとも１書き換え周期（１フレーム）の１／２が必要（ナイキスト周波数）であり、さらに、人間の目の時間分解能が１／３００秒程度であることを考えると、約３ｍ秒以下である事が望ましい。本実施形態では表示の１フレームは１６．６ｍ秒（６０Hz）としてあるため、１フレームを６分割以上に等間隔に分割し、撮影することが望ましい。
【００２５】
ところで、同一のフレーム内で６回以上の連続撮影をするには撮影周波数３６０Hz以上のＣＣＤカメラが必要である。このような高速度ＣＣＤカメラは画素数が限られたものになってしまうために、本実施形態においては、図３のようなスクロール動画表示時に、表示パターンが同じ場所に戻ってくるフレームを検知し、同じ画像を表示する時間的に異なるフレーム上で、タイミングを変化させながら６回以上の撮影をする事とした。
【００２６】
上記のような撮影に必要なトリガは撮影用トリガ発生回路１０４から発生する。この撮影用トリガ発生回路１０４のブロック図を図４に示す。
【００２７】
撮影用トリガ発生回路１０４においては、１／ｎフレームカウンタ１３１とドットクロックカウンタ１３２、コンパレータ１３５で、１フレームにｎ回撮影する場合の１／ｎタイミングを出力する。ドットクロックカウンタ１３２は１フレーム期間のドットクロックをカウントしているカウンタである。このドットクロックカウンタ１３２の出力値が１／ｎフレームカウンタ１３１の出力値と一致した時、コンパレータ１３５の出力が正になる。１／ｎフレームカウンタ１３１は内部に１フレームのドットクロック数をｎ分の１した値を保持しており、１回撮影する毎に出力値をその値だけカウントアップするため、常にフレーム内での連続タイミングを出力できる。
【００２８】
次に、スクロール測定位置カウンタ１３３とスクロール現位置カウンタ１３４、コンパレータ１３６で動画スクロール表示のスクロール位置が元の位置に戻ってきたかどうかを検出する。スクロール現位置カウンタ１３４は現在スクロールしている位置を、スクロール移動量を垂直同期毎に足し算することでカウントしている。一方、スクロール測定位置カウンタ１３３はスクロールを開始して、最初に撮影した時のスクロール位置を保持しており、両者の出力が一致した時にコンパレータ１３６の出力が正になる。
【００２９】
以上の２つのコンパレータの出力が両方とも正になった時、アンド回路１３７の出力が正となり、撮影用出力トリガが出力される。スクロール測定位置カウンタ１３３は１／ｎフレームカウンタ１３１のカウントがｎ回カウントアップして繰り上がった時、移動速度分の画素数だけカウントアップして、次のスクロール測定位置を示すために、フレーム間の撮影の連続性も保たれる。
【００３０】
このようにして撮影用トリガ出力回路１０４から出力されたトリガは、移動速度やフレーム内撮影分割数ｎによって異なるタイミングとなるために、ＣＣＤ１２０は、外部からのランダムトリガによりシャッタが可能なＣＣＤカメラを用いて、外部からのトリガにより正確なシャッタリングをしている。
【００３１】
また、ＣＣＤの撮影方式としては全画面を一括して撮影するプログレッシブスキャン方式のＣＣＤを用いている。その露光時間（シャッタ時間）は、前にも述べたように、人間の目の時間分解能が約１／３００秒であることから、１／３００秒以下である事が望ましく、本実施形態では露光時間は１／５００秒としてある。
【００３２】
次に、コントローラ２００での処理について詳細に説明をする。以下の説明では、測定対象の表示装置１１０として、液晶表示装置を用いて、上記の動画像信号発生回路１００とＣＣＤ１２０で測定した例を説明する。なお、動画表示は白背景に黒べた塗りのパターン（１）としている。このパターン（１）をスクロールしないで表示（静止画表示）しているときの表示部をＣＣＤ１２０で撮影した画像を図５に示す。このパターン（１）のバーの幅は３２画素である。
【００３３】
このパターン（１）を移動速度８ｐｐｆ（pixel per frame）でスクロールした時の表示部をＣＣＤ１２０で連続的に撮影した静止画像の一つを図６に示す。本コントローラ２００では、上記のような静止画を時系列的に取得し、時系列静止画保存ブロック２１０に保存する。
【００３４】
図６に示す静止画には、液晶の電圧―輝度応答の遅れによりパターン（１）のバーの左右に中間調が表示されている。本例ではパターンは右から左へとスクロールしているため、黒べたパターンの右の中間調領域は次第に白へと変化するはずであり、左の中間調領域は次第に黒へと変化するはずである。
【００３５】
なお、本例ではフレーム内撮影分割数ｎはｎ＝１６として、この図６を含めて、合計３２枚（２フレーム分）の時系列静止画を撮影した。フレーム内撮影分割数は上記のように６以上である事が望ましいが、さらに、精度の点から移動量の２倍以上であることが望ましいため、ｎ＝１６とした。
【００３６】
この時系列静止画を連続的に観測するとまさしく、黒べたパターンが右から左に、中間調を変化させながら移動していく様子が見れた。この場合、ｎ枚目とｎ＋１６枚目の静止画は中間調のパターンは同一で、場所だけが１フレームの移動量分だけ異なっている。本例では等速移動量８ｐｐｆであるから測定対象の表示装置上で８画素分、場所が移動している事になる。人間の目はこの移動を追いかけて、常に注視点がずれていくため、時系列静止画の各静止画毎にそのフレーム内時間タイミングに合わせて、スクロール方向にずらしながら各画像を合成する事で、人間の目によって知覚された画像を再現することが可能となる。
【００３７】
つまり、本例のように移動量８ｐｐｆで、フレーム内分割数１６の場合、２／１６のタイミングの静止画は１画素ずらし、８/１６のタイミングの静止画は４画素ずらし、１４／１６のタイミングの静止画は７画素ずらして、合成する必要が有るという事である。このようにして合成した画像を図７に示す。本実施形態のコントローラ２００では時系列静止画ずらし合成ブロック２２０により上述した合成処理を実施している。
【００３８】
図７の合成画像には、応答速度の遅れとホールド型表示装置によるボケが加わり、静止画である図５と同様に見えるべき画像がスクロールする事でだいぶぼやけている。実際に目視による観察でも、これとほぼ等しいように観察される。これが動画表示の表示特性（動画表示特性）の劣化である。このような劣化は移動速度により変化が有り、移動速度が大きいほど劣化が大きい事が分かっている。本実施形態では、このような動画表示特性の劣化を数値で評価するために、コントローラ２００の数値解析ブロック２３０により、この合成画像の輝度情報、および断面輝度プロファイルを解析し、数値化する。
【００３９】
上記のパターン（１）をスクロール移動速度１、２、４、８ｐｐｆの移動量でスクロールした時の合成画像の断面輝度プロファイルを図８に示す。移動速度が大きくなるに従い、中間調領域が広がり、ぼやけが大きくなる事がわかる。この断面輝度プロファイルを解析する事により、動画表示特性を数値化できる。
【００４０】
まず、この断面輝度プロファイルの白輝度レベルと黒輝度レベルの比率を静止画のコントラスト比と比較して、ダイナミック−コントラスト比（Dynamic-C.R.）として、数値化できる。これを図９に示す。図９のグラフから、移動速度が大きくなるに従い、Dynamic-C.R.が下がっていく事が観測された。これは動画の移動速度が速ければ速いほど、その表示のコントラスト値が下がってしまうという事である。
【００４１】
また、断面輝度プロファイルの左右の中間調領域の大きさや、半値幅も数値化できる。これらを図１０に示す。図１０は、パターン（１）の断面輝度プロファイルの半値幅およびパターン（１）の前後に現れる中間調の領域の幅と、移動速度との関係を示している。なお、グラフ縦軸の画素数パラメータとは、ＣＣＤ１２０の撮像画面上での幅を表しており、表示画面上の画素数に対応している。本グラフから、左右の中間調領域の大きさは移動速度が大きくなるに比例して大きくなり、よりぼやけが大きくなっている事が示されている。また、半値幅は移動速度が大きくなるに従い、小さくなる事が観測できた。
【００４２】
本実施形態では、動画表示パターンとしてパターン（１）を例に用いたが、パターン（２）やパターン（３）を用いた場合でも同様な評価ができる。特に、パターン（２）やパターン（３）はDynamic-C.R.の値がより厳しい値となり、パターン的にも自然画等の実画像に近づくため、Dynamic-C.R.特性の評価に適している。
【００４３】
また、本実施形態では、撮影用トリガ発生回路１０４を動画像信号発生回路１００内に構成したが、動画像信号発生回路として汎用の画像信号源を用いた場合には、撮影用トリガ発生回路１０４を画像信号源と測定対象の表示装置との間に設置し、動画移動量などのデータを入力するようにしてもかまわない。
【００４４】
さらに、本実施形態における動画表示特性のDynamic-C.R.、中間調幅、半値幅などの数値化は一例であり、表示装置の動画表示特性に起因して現れうる評価項目、例えば動画像の境界領域におけるぼやけや色変化等を検出するために設定される他のパラメータについても、上記と同様に数値化が可能である。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、動画像信号発生回路やＣＣＤおよびコントローラをもちいることで、人間の目によって知覚された画像を再現できる事から、官能試験をするために、測定環境を厳密に整備する必要や、被験者を多く集める必要が無いため、測定のための費用や時間が短く、また、画像の輝度情報や断面輝度プロファイルを数値化するために、官能評価による５段階評価以上の数値評価が可能なため、数値目標による管理が容易で、高精度の評価が可能となる動画表示特性の評価方法および評価装置が提供できる。
【００４６】
【発明の効果】
表示装置の動画表示特性を評価する手段として、本発明を導入することにより、官能試験をするための測定環境を厳密に整備する必要や、被験者を多く集める必要が無いために、測定のための費用や時間が短く、また、官能評価による５段階評価以上の数値評価が可能なため、数値目標による管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における表示装置の動画表示性能評価装置のブロック図。
【図２】図１の実施形態における動画像信号発生回路１００のブロック図。
【図３】図１の実施形態における測定用動画像パターンを説明する説明図。
【図４】図１の実施形態における撮影用トリガ発生回路のブロック図。
【図５】図１の実施形態の評価装置で撮影した静止画像を示す説明図。
【図６】図１の実施形態の評価装置で連続的に撮影した動画像の１例を示す説明図。
【図７】図１の実施形態の評価装置で連続的に撮影した動画像をずらしながら合成した画像を示す説明図。
【図８】図１の実施形態の評価装置における合成画像の断面輝度プロファイルを示すグラフ。
【図９】図１の実施形態の評価装置における動画表示特性評価結果の１例（Dynamic C.R.）を示すグラフ。
【図１０】図１の実施形態の評価装置における動画表示特性評価結果の１例（中間調幅、半値幅）を示すグラフ。
【符号の説明】
１００…動画像信号発生回路、１０１…ドットクロック発生回路、１０２…制御信号発生回路、１０３…動画像信号発生回路、１０４…撮影用トリガ発生回路、１１０…測定対象の表示装置、１２０…ＣＣＤ、１３１…１／ｎフレームカウンタ、１３２…ドットクロックカウンタ、１３３…スクロール測定位置カウンタ、１３４…スクロール現位置カウンタ、１３５…コンパレータ、１３６…コンパレータ、１３７…アンド回路、２００…コントローラ、２１０…時系列静止画保存ブロック、２２０…時系列静止画ずらし合成ブロック、２３０…数値化解析ブロック。

Claims (12)

1. 動画像を表示する表示装置の動画表示特性を評価する装置であって、
   評価対象となる前記表示装置の動画像を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮影した静止画像を時系列的に取り込み、取り込んだ複数の時系列静止画像を空間的にずらしながら重ねあわせて合成し、該合成した画像を画像処理する画像処理手段とを備え、
   前記画像処理手段は、前記合成した画像の情報を用いて、前記評価対象となる動画表示特性に対応する物理量を数値化して評価を実施すること
   を特徴とする動画表示特性の評価装置。
2. 請求項１に記載の評価装置において、
   前記画像処理装置は、前記評価対象となる動画表示特性に対応する物理量として、断面輝度プロファイルの左右の中間領域の大きさを数値化することを特徴とする動画表示特性の評価装置。
3. 請求項１に記載の評価装置において、
   前記画像処理装置は、前記評価対象となる動画表示特性に対応する物理量として、前記合成した画像の輝度分布および断面輝度プロファイルの少なくとも一方を数値化することを特徴とする動画表示特性の評価装置。
4. 請求項１または３に記載の評価装置において、
   前記評価対象の表示装置は、動画質評価用画像として移動している動画像を表示しており、
   前記撮影した時系列画像をずらしながら合成する時のずらし量は、その撮影画像内で、前記移動速度に対応する量と等しいことを特徴とする動画表示特性の評価装置。
5. 請求項４に記載の評価装置において、
   前記評価対象の表示装置が表示している移動する画像は、移動方向に対して一定の幅の間、一定の輝度を表示することを特徴とする動画表示特性の評価装置。
6. 請求項４に記載の評価装置において、
   前記評価対象の表示装置が表示している移動する画像は、移動方向に対して一定の幅の間に、孤立した単一周期の波形状に変化する輝度分布の領域を有し、該領域の前後に位置する他の領域では一定の輝度を表示することを特徴とする動画表示特性の評価装置。
7. 請求項４に記載の評価装置において、
   前記評価対象の表示装置が表示している移動する画像は、移動方向に対して、一定の周期を持ち、連続的な波形状に変化する輝度分布を有することを特徴とする動画表示特性の評価装置。
8. 請求項１、３、４、５、６および７のいずれかに記載の評価装置において、
   動画質評価用画像を表示している前記評価対象の表示装置の表示制御信号を入力とし、前記撮像手段の撮影タイミングを決定するためのトリガ信号を出力するトリガ出力回路をさらに備えることを特徴とする動画表示特性の評価装置。
9. 請求項８に記載の評価装置において、
   前記時系列静止画の撮影タイミングもしくは前記トリガ出力回路のトリガ信号の出力タイミングは、前記評価対象の表示装置の１画面書き換え周期と同期がとられており、かつ、撮影された静止画像が１書き換え周期の整数分の１の時間で等間隔となるようなタイミングであることを特徴とする動画表示特性の評価装置。
10. 請求項９に記載の評価装置において、
    前記１書き換え周期を分割する整数値は、前記１書き換え周期の整数分の１の時間が３ｍ秒以下の時間となるような数値であることを特徴とする動画表示特性の評価装置。
11. 請求項９または１０に記載の評価装置において、
    前記１書き換え周期を分割する整数値は、前記評価対象の表示装置が表示する動画像の１書き換え周期あたりの移動量（画素数）の２倍以上の値であることを特徴とする動画表示特性の評価装置。
12. 請求項１、３、４、５、６、７、８、９、１０および１１のいずれかに記載の評価装置において、
    前記各時系列静止画の撮影時間および前記撮像手段の露光時間のいずれか一方が３ｍ秒以下であることを特徴とする動画表示特性の評価装置。

Images